Лекции по клинической иммунология и аллергологии_2014

дифференцировать нуклеиновые кислоты вирусов и человека. В наших клетках присутствуют только одноцепочные молекулы РНК. Появление двухцепочной РНК в клетке значит, что она вирусного происхождения, ее связывает TLR-3 рецептор. TLR-9 распознает ДНК вирусов по неметилированным последовательностям цитозин-гуанин. У человека эти последовательности высоко метилированы. Отличить вирусную одноцепочную РНК от одноцепочной человеческой РНК сложно. TLR-7 и TLR-8 расположены не в самой цитоплазме, а в мембранах внутриклеточных везикул, в которые может попадать только вирусная одноцепочная РНК.

Доступ собственных РНК в эти везикулы затруднен.

Таблица 4 – Внеклеточные TLRs

TLR	Лиганды	Локализация
TLR-1:TLR-2	Липоманнаны (mycobacteria)	Моноциты, дендритные
гетеродимер	Липопротеины (Грбактерии)	клетки, тучные клетки,
	Липотейхоевые кислоты (Гр+	эозинофилы, базофилы
	бактерии)
TLR-2:TLR-6	β-глюканы (бактерии и грибы)
гетеродимер	Зимозан (грибы)
TLR-4 (+ MD-2 и	Липополисахариды (Грбактерии)	Макрофаги дендритные
CD14)	Липотейхоевые кислоты (Гр+	клетки, тучные клетки,
	бактерии)	эозинофилы,
		эндотелиоциты
TLR-5	Флагеллин (бактерии)	Макрофаги, дендритные
		клетки, эпителий кишечника

Вид TLRs определяет события, происходящие после взаимодействия этих рецепторов с их лигандами. Существуют специальные

внутриклеточные адаптеры, которые опосредуют действие активированных TLRs на генетический аппарат клетки.

Жгутиковый рецептор TLR-5, и вирусные TLR-7, TLR-8 и TLR-9

взаимодействуют с внутриклеточным адаптером MyD88, который инициирует транскрипционный фактор NFκβ (от англ. Nucleus Factor) и IRF7

71

(от англ. Interferon Regulator Factor). Транскрипционный фактор NFκβ

активирует гены, кодирующие ФНО-α, ИЛ-1β, ИЛ-6, а фактор IRF7 – гены ИФ-α и ИФ-β. Таким образом, внутриклеточные агенты и жгутики бактерий стимулируют синтез определенных провоспалительных цитокинов.

Таблица 5 – Внутриклеточные TLRs

TLR	Лиганды	Локализация
TLR-3	Двухцепочная вирусная РНК	Макрофаги, кишечные
		эпителиоциты, дендритные
		клетки, натуральные киллеры
TLR-7	Одноцепочная вирусная РНК	Дендритные клетки, натуральные
		киллеры, эозинофилы, B клетки
TLR-8	Одноцепочная вирусная РНК	Натуральные киллеры
TLR-9	ДНК с неметилированными CpG	Дендритные клетки, эозинофилы,
	динуклеотидами (бактерии и	B клетки, базофилы
	вирусы герпеса)
TLR-10	Неизвестно	Дендритные клетки, эозинофилы,
		B клетки, базофилы

TLR-3, связавшись с двуспиральной РНК, взаимодействует с адаптером

TRIF, который инициирует транскрипционный фактор IRF3, активирующий гены ИФ-β и молекул MIC-A и MIC-B. Таким образом, РНК-вирусы запускают синтез интерферона β и экспрессию молекул HLA класса Ib.

Гетеродимеры, образованные TLR-2 (TLR-2/1 и TLR-2/6) запускают только MyD88/MAL. Следовательно, грамположительные и грамотрицательные бактерии посредством этого адаптера стимулируют продукцию только ФНО-α, ИЛ-1β и ИЛ-6.

TLR-4, который реагирует на липополисахариды, действует как через адаптер MyD88/MAL, так и через TRIF/TRAM. Таким образом, запускаются все сигнальные пути и соответственно синтезируются все указанные выше провоспалительные цитокины и интерфероны, а также усиливается синтез антибактериальных пептидов, если процесс происходит в клетках Панета.

72

Таким образом, при инвазии патогенными микроорганизмами активируются TLRs фагоцитов и других клеток, это приводит к запуску синтеза интерлейкинов и интерферонов и развитию воспаления. Кроме того активация транскрипционных факторов приводит к синтезу ряда хемокинов,

привлекающих в очаг внедрения инфекции клетки иммунной системы,

прежде всего нейтрофилы и макрофаги.

При фагоцитозе своих погибших клеток или контакте с непатогенными молекулами (например, поступающими с пищей), процесс воспаления не запускается, так как не активируются инициирующие воспаление TLRs.

Цитоплазматические сигнальные рецепторы. Процессы,

происходящие внутри клетки, кроме TLRs рецепторов контролируют также цитоплазматические сигнальные PRRs, которые в отличие от первых находятся не в везикулах, а растворены в цитоплазме и экспрессируются эпителиальными клетками, макрофагами и дендритными клетками, клетками Панета кишечника. Они реагируют на различные продукты:

NOD1 – чувствителен к продуктам распада пептидогликанов Гр-

бактерий (iE-DAP), таких как Salmonella и Listeria (группа NOD-like

рецепторов – NLRs).

NOD2 – распознает мурамил дипептид, который входит в состав пептидогликана большинства бактерий (группа NLRs).

NALP3 – рецептор, реагирующий на стресс или повреждение клетки. В

частности, на общий триггер – утечку цитоплазматического K+,

происходящую в клетках при стрессе или повреждении.

RIG-I – распознают одноцепочную РНК некоторых вирусов

(Paramyxoviruses, Orthomyxoviruses, и Flaviviruses), находящуюся непосредственно в цитоплазме, а не в везикулах.

MDA-5 – чувствителен к двуспиральной вирусной РНК.

Активация этих рецепторов (связывание с лигандом) приводит к активации транскрипционного фактора NFκβ, который инициирует синтез провоспалительных цитокинов ФНО-α, ИЛ-1β, ИЛ-6, усиливает экспрессию

73

корецепторных молекул B7.1 (CD80) и B7.2 (CD86) на дендритных клетках и макрофагах.

Цитокины врожденного иммунитета

В ответ на внедрение патогенных микроорганизмов активируются паттерн распознающие рецепторы, что приводит к стимуляции синтеза и секреции цитокинов. Выделяют четыре основных семейства цитокинов,

которые секретируются активированными клетками в рамках врожденного иммунного ответа:

семейство ИЛ-1 – включает 11 членов, важнейшие из них ИЛ-1α, ИЛ-1β и

ИЛ-18;

гемопоэтины – включает факторы роста и дифференцировки неиммунных клеток, такие как эритропоэтин и соматотропный гормон, а также цитокины, обладающие функцией колониестимулирующих факторов, в

том числе ИЛ-6, который стимулирует продукцию моноцитов и гранулоцитов костным мозгом;

семейство фактора некроза опухолей – включает более чем 17 цитокинов;

интерфероны I типа – основные представители ИФ-α и ИФ-β.

ИЛ-1 β и ФНО-α стимулируют секрецию ИЛ-6, а последний, напротив,

подавляет образование ИЛ-1 и ФНО-α и поэтому относится к цитокинам,

завершающим развитие воспалительной реакции.

Развитие воспаления

Главным результатом активации СК и фагоцитов в ответ на внедрение патогенов является развитие воспаления в месте проникновения инфекции.

Можно выделить две важнейших функции воспаления:

обеспечение поступления из крови к месту инвазии молекул и клеток,

необходимых для удаления проникших патогенов;

74

локальная индукция тромбообразования с целью предотвращения распространение инфекции;

Обеспечение поступления молекул и клеток из крови к месту

инвазии патогенов. Компоненты комплемента С3a, С4a и С5a, а также гистамин, выделяемый тучными клетками, расширяют артериолы, что вызывает больший приток крови к месту инфицирования – в результате появляется локальная гиперемия (rubor) и повышение температуры тканей в очаге (calor). Фактор некроза опухолей альфа вместе с С3a, С4a и С5a

повышает проницаемость сосудов для жидкости, клеток и белков. В

результате локальной вазодилятации и повышенной сосудистой проницаемости жидкость начинает выходить из артериол, расположенных в зоне бактериальной агрессии – формируется локальный отек тканей (tumor).

Ток жидкости из сосудистого русла затрудняет диффузию веществ из очага воспаления в просвет сосуда. Этот механизм имеет очень большое значение – создается так называемый водный барьер, который препятствует попаданию в кровь микроорганизмов и продуктов воспаления. Кроме этого жидкость,

выходящая из сосудов, несет в себе БОФ, защищающие ткани от повреждающего действия нейтрофильных ферментов и радикалов, а также растворенные иммуноглобулины и растворимые компоненты СК – вещества необходимые для борьбы с инфекцией. Вода расширяет межклеточное пространство, обеспечивая более высокую подвижность нейтрофилов и тем самым повышая их эффективность. В очаге инфекции нейтрофилы фагоцитируют микроорганизмы, погибают и высвобождают в окружающее пространство не только активные вещества и ферменты, но и растворимые антигены. Накопление жидкости в очаге стимулирует лимфатический дренаж, благодаря которому, поставляемые нейтрофилами растворимые антигены попадают по лимфатическим протокам в региональные лимфатические узлы, что имеет большое значение для развития адаптивного иммунного ответа. Остальная жидкость, вместе с продуктами воспаления,

выводится бокаловидными клетками наружу в виде слизи.

75

Поскольку макрофаги (МФ), как правило, фиксированные или малоподвижные клетки, основную работу по удалению внеклеточных микроорганизмов выполняют нейтрофилы, но при проникновении большого количества инфекционных агентов включается макрофагальный фагоцитоз.

Благодаря наличию G-протеин связанных рецепторов, а также рецепторов к опсонинам, макрофаг приближается к бактерии и приклеивается к ней.

Стадии фагоцитоза у макрофага такие же, как у нейтрофила. Главным отличием является то, что макрофаг – многоразовый фагоцит. В этих клетках активность «кислородного взрыва» более низкая, поэтому после окончания фагоцитоза макрофаг не погибает, а может генерировать новые лизосомы и продолжать выполнять свои функции.

Активированные в результате связывания патогенов с рецепторами PPRs

макрофаги начинают продуцировать провоспалительные цитокины и хемокины, которые индуцируют и поддерживают воспаление – ФНО-α, ИЛ1β, ИЛ-6, ИЛ-8 (CXCL8). Выделенные цитокины привлекают из кровяного русла в очаг воспаления все новые лейкоциты, в первую очередь нейтрофилы

– нарастает клеточная инфильтрация тканей.

В норме эндотелий мелких сосудов, проходящих в невоспаленной ткани,

представлен плоскими клетками с небольшим количеством молекул адгезии на их поверхности. Появление в среде воспалительных медиаторов и цитокинов значительно стимулирует экспрессию селектинов на эндотелии – этот процесс называется активация эндотелия. Экспрессия P-селектина значительно увеличивается уже через несколько минут, а Е-селектина – через несколько часов, после воздействия на эндотелий лейкотриена В4,

компонента СК С5а, а также гистамина. ФНО-α и бактериальные липополисахариды являются дополнительным стимулами, индуцирующими экспрессию селектинов эндотелием. Под микроскопом активированный эндотелий с высокой плотностью на нем молекул адгезии выглядит утолщенным или «высоким». Селектины инициируют первый этап экстравазации – качение, взаимодействуя с молекулами sialyl-Lewisx на

76

поверхности нейтрофилов и моноцитов. Активированный эндотелий экспрессирует также молекулы ICAM-1 и ICAM-2, необходимые для второго этапа (плотная адгезия) выхода клеток из сосуда. Этот процесс значительно стимулируют ФНО-α и ИЛ-1. Молекулы ICAM-1 и ICAM-2 являются лигандами для экспрессируемых фагоцитами интегринов CR3 и LFA-1.

Хемокин CXCL8 (прежнее название ИЛ-8), выделяемый клетками в очаге воспаления, связывается со своим рецептором CXCL8R на пристеночно катящихся лейкоцитах. В результате потенцируются адгезивные свойства интегринов, этап качения лейкоцитов вдоль сосудистого эндотелия прекращается – клетки выходят из сосуда в межклеточное пространство.

Далее CXCL8 «ведет» нейтрофилы непосредственно в очаг воспаления. Этот хемокин связывается с коллагеном, в результате образуется своего рода дорожка из этих молекул. По ней нейтрофил с помощью имеющихся на его поверхности рецепторов CXCL8R движется в направлении источника,

секретирующего CXCL8, а значит в направлении места инфицирования.

Хемокин CCL2 привлекает в очаг воспаления из системного кровотока моноциты, которые после выхода из сосуда превращаются в макрофаги.

Также направляют движение фагоцитов после выхода из сосудов хемоаттрактанты С3а и С5а. ИЛ-1, ФНО-α и ИЛ-6 являются мощными стимуляторами фагоцитоза и киллинга и способствуют активному включению вновь вышедших из сосудов клеток в противоинфекционный ответ, а в результате – повышению в очаге воспаления концентрации ферментов и свободных радикалов, освобождающихся после гибели фагоцитировавших нейтрофилов. Чем больше инфекционных агентов проникло в слизистую, тем активнее макрофаги синтезируют провоспалительные цитокины, тем больше выходит из сосудов и разрушается нейтрофилов, тем выше риск повреждения собственных тканей ферментами и активными радикалами. Препятствует этому ИЛ-6,

стимулирующий выработку БОФ макрофагами, фибробластами, эпителием.

БОФ предохраняют собственные ткани от повреждения нейтрофильными

77

ферментами и радикалами. Отек, продукты и медиаторы воспаления,

накапливающиеся в очаге, могут вызывать боль (dolor) из-за раздражения нервных окончаний.

Локальная индукция тромбообразования. Под действием ФНО-α

повышается адгезивность сосудистого эндотелия для тромбоцитов, в

результате активируется свертывание крови – мелкие сосуды места воспаления тромбируются. Макрофаги и нейтрофилы также секретируют факторы, активирующие свертывание крови (лейкотриены, простагландины, PAF). В результате, локальная окклюзия сосудов кровяными сгустками вместе с водным барьером препятствует попаданию микроорганизмов в системный кровоток их распространению.

Активная миграция нейтрофилов в очаг воспаления может привести к быстрой эрадикации инфекционных агентов и завершению местного иммунного процесса. Диаметр артериол быстро восстановится, жидкость перестанет выходить из сосудов, отек уйдет, и локальные проявления воспалительной реакции исчезнут.

Таким образом, развитие локального воспаления является защитной реакцией, препятствующей распространению инфекции. При этом, если водный барьер и тромбоз мелких сосудов в очаге эффективно препятствует всасыванию в кровь продуктов воспалительного процесса, то никаких клинических проявлений не будет. Вероятно, в большинстве случаев микробной инвазии иммунный ответ развивается именно по такому сценарию.

Несостоятельность водного барьера или недостаточная окклюзия тромбами местных сосудов, недостаточное количество нейтрофилов относительно числа бактерий, активный макрофагальный фагоцитоз и очень высокая концентрация цитокинов в очаге воспаления может привести к тому,

что цитокины диффундируют против направления движения жидкости и поступят в кровяное русло. В результате этого процесса кроме локальных признаков воспаления (tumor, rubor, color, dolor) появятся общие клинические

78

симптомы, такие как повышение температуры тела, сосудистые реакции,

нарушение самочувствия, снижение аппетита, изменения в анализах крови

(лейкоцитоз, повышение СОЭ и БОФ). Эти клинические проявления практически не зависят от этиологии инфекционного процесса и обусловлены действием провоспалительных цитокинов в первую очередь ИЛ-1β, ФНО-α и ИЛ-6, попавших в системный кровоток.

Лихорадка. Одним из важных защитных механизмов является повышение температуры тела. ИЛ-1β, ФНО-α и ИЛ-6 (эндогенные пирогены)

индуцируют ее посредством стимуляции синтеза простагландина E2 (PgE2)

ферментом циклооксигеназой-2 (ЦОГ-2). PgE2 действует на гипоталамус, в

результате повышается продукция тепла жировыми клетками и мышцами

(сократительный термогенез), а также уменьшаются потери тепла через кожу в результате вазоконстрикции, обусловленной действием этих же цитокинов.

Экзогенные пирогены (например, ЛПС) индуцируют лихорадку, главным образом, посредством стимуляции синтеза эндогенных пирогенов (ИЛ-1β,

ФНО-α и ИЛ-6), в меньшей степени напрямую через TLR-4 активируют ЦОГ-2 и синтез ею PgE2. Лихорадка является защитной реакцией организма против патогенов, большинство из которых лучше размножаются при низких температурах, кроме того при повышении температуры тела усиливается процессинг антигенов и интенсивность адаптивного ответа. Лихорадка индуцирует синтез белков теплового шока во всех клетках нашего организма,

таким образом, активируется один из наиболее древних механизмов защиты,

который начал использоваться еще прокариотами и доказал свою значимость, устояв под давлением естественного отбора в процессе эволюции и сохранившись у человека.

Сосудистые реакции. ИЛ-1β, воздействуя на гипоталамус, вызывает повышенный выброс кортикотропин-рилизинг гормона КРГ, который индуцирует секрецию адренокортикотропного гормона (АКТГ) в передней доле гипофиза. АКТГ в свою очередь стимулирует выработку глюкокортикостероидов и катехоламинов, а также экспрессию рецепторов

79

этих гормонов в периферических тканях. В результате уже в начале инфекционного заболевания могут появиться симптомы, обусловленные спазмом периферических сосудов: головная боль, «зябкость», а также тахикардия и тахипноэ.

Нарушение аппетита и самочувствия. Первоначально ФНО-α

назывался кахексин. Это название цитокин получил за свойство подавлять аппетит и снижать всасывание в кишечнике. ИЛ-1β стимулирует выработку КРГ, который является нейропептидом, принимающим участие в регуляции ряда психических функций. В целом действие КРГ на ЦНС сводится к усилению реакций активации, к возникновению тревоги, страха,

беспокойства, напряжения, ухудшению аппетита и сна.

Индукция острофазового ответа. ИЛ-6, в меньшей степени ИЛ-1β и

ФНО-α воздействуя на макрофаги, фибробласты, эпителиальные клетки в очаге воспаления, а затем и на гепатоциты печени изменяют профиль синтезируемых ими белков – индуцируют ответ острой фазы воспаления. По определению к белкам острой фазы (БОФ) относят белки, концентрация которых во время воспаления увеличивается или уменьшается на 20% и

более. Белки, концентрация которых увеличивается, называются положительными БОФ, концентрация которых уменьшается, например,

альбумин – называются отрицательными БОФ. В настоящее время к БОФ относят около 30 белков, выполняющих самые разнообразные функции. Так,

например, С-реактивный белок (СРБ), концентрация которого при инфекционных процессах может увеличиваться в сотни раз, связываясь с фосфохолиновыми фрагментами или липополисахаридами клеточных стенок,

опсонизирует бактерии и тем самым активирует фагоцитоз. Кроме того СРБ может фиксировать C1q компонент комплемента и инициировать активацию СК по классическому пути. Важной функцией СРБ является его способность связывать ДНК, которая в большом количестве высвобождается из гибнущих нейтрофилов. Связывая ДНК, С-реактивный белок препятствует ее

80